Le automobili moderne si stanno trasformando radicalmente e stanno diventando sempre più intelligenti. L'elettrificazione dei veicoli, i nuovi sistemi di sicurezza e il le comunicazioni V2X promettono di cambiare il nostro approccio alla mobilità e alla vita di tutti i giorni. Quelle che inizialmente erano delle comodità, come le telecamere posteriori e il parcheggio assistito, si sono evolute in funzionalità in grado di salvare vite umane, come la frenata d'emergenza.Le auto stanno divenendo delle piccole reti elettriche autonome, in grado non solo di immagazzinare, ma anche di recuperare energia grazie a tecnologie come il freno rigenerativo.

I team di test dell'industria automotive devono necessariamente sviluppare capacità di collaudo tali da garantirne la qualità, l'affidabilità e la sicurezza di queste nuove funzionalità. In questo articolo prenderemo in considerazione le sfide del settore automotive e le modalità in cui gli strumenti di test si stanno evolvendo per stare al passo con l'innovazione.

Migliorare sicurezza e mobilità

Ogni anno in tutto il mondo più di 1,25 milioni di persone muoiono a causa di incidenti stradali e diversi milioni rimangono feriti.1 Man mano che i veicoli diventano più autonomi, il livello di sicurezza per il conducente aumenta grazie ai sistemi avanzati di guida assistita (ADAS, Advanced Driver Assistance Systems).

L'impatto di queste tecnologie sulla riduzione dei decessi e sul miglioramento della mobilità è potenzialmente enorme, ma sfortunatamente i test su strada di auto senza conducente hanno già provocato delle vittime. Affinché i veicoli autonomi siano più sicuri di un conducente umano è necessario che i test siano più accurati grazie a risultati affidabili e tracciabili in grado di verificare che i diversi sottosistemi e gli algoritmi software funzionino correttamente.

I veicoli autonomi producono una quantità di dati senza precedenti (bisogna simulare 140 milioni di chilometri di guida per arrivare a dimostrare che sono sicuri tanto quanto un conducente umano), ma la raccolta dei dati non è il problema principale.

La funzione critica di tali sistemi di sicurezza richiede di focalizzarsi sui dettagli e di poter estrarre dai dati l'esatta causa di ogni test fallito. L'errata interpretazione dei dati ad ogni fase del collaudo può mettere a rischio lo sviluppo del prodotto o condurre a conclusioni errate.

Per ottenere una visione complessiva dei processi ed essere in grado di prendere decisioni basate sui dati, è necessario ricercare, elaborare, analizzare e generare report di terabyte di dati raccolti durante il test dei veicoli.

La corsa all'auto elettrica

Più di un quinto dei gas serra a livello globale sono generati dal settore dei trasporti.²

Le crescenti preoccupazioni per i cambiamenti climatici spingono verso normative rigorose sull'efficienza dei consumi in vista di una riduzione delle emissioni di CO₂. Inoltre molti governi stanno per introdurre limitazioni o persino il divieto alla vendita di veicoli con motore a combustione. Per esempio Germania e Regno Unito hanno stabilito che la vendita di veicoli diesel o benzina verrà terminata, rispettivamente, entro il 2030 e il 2040.

Figura 1: Le case automobilistiche sono impegnate nella creazione di sistemi di propulsione intelligenti per rispettare le normative sui consumi.

I veicoli ibridi e a batteria fanno da battistrada nella progettazione di sistemi di propulsione intelligenti.

La catena cinematica elettrica offre maggiore potenza, minori emissioni e una esperienza di guida migliore, ma l'elettronica di potenza e l'alta velocità di controllo dei componenti rende estremamente difficile il collaudo.

In particolare, i veicoli ibridi integrano due tecnologie diverse e questo aumenta la complessità dei test. Per esempio la caratterizzazione della batteria deve avvenire all'interno di un ampio spettro di condizioni, perché le caratteristiche del ciclo di carica e scarica dipendono fortemente dalla temperatura e la batteria deve operare in sicurezza in base alle specifiche di progettazione per non influenzare gli altri sottosistemi.

A causa della pressione esercitata dal mercato e dalle nuove normative, le case automobilistiche devono adottare sistemi di test flessibili con diversi tipi di I/O, alte frequenze, alta risoluzione e maggiori livelli di tensione e corrente nei test di componenti meccanici e di elettronica di potenza.

Gli effetti dell'espansione del mercato dei veicoli elettrici ricadono sull'intera filiera. Le aziende cercano fornitori in grado di consegnare rapidamente un elevato numero di componenti elettrici. LG, da poco divenuto un fornitore per l'industria automotive, fornisce più della metà dei componenti della Chevy Volt, tra cui la batteria, quasi tutto il gruppo propulsore e i moduli per la connettività e l'infotainment.

Benché rimangano importanti, i componenti meccanici si stanno velocemente standardizzando e i loro fornitori di primo livello cercano di differenziarsi per mezzo dell'innovazione. A causa dell'adozione da parte dei fornitori di nuove tecnologie per la produzione di prodotti specializzati, diventa difficile soddisfare i requisiti di test con lo stesso personale e i medesimi strumenti usati in passato.

È possibile aumentarne l'efficienza introducendo nelle attuali configurazioni strumenti flessibili e specifici che possono essere riconfigurati in maniera dinamica, permettendo un facile accesso a un'ampia gamma di dati fondamentali per la comprensione dei risultati del test.

Le auto come gli smartphone?

Sono passati i tempi in cui le auto erano soltanto un mezzo di trasporto. Le modalità con cui scegliamo e utilizziamo l'automobile sono stranamente simili a quelle con cui scegliamo uno smartphone.

Benché gli aspetti meramente pratici come i consumi, le prestazioni e il prezzo rimangono un fattore importante, la presenza di sistemi di infotainment, di guida assistita e di connettività influenzano le decisioni di un numero crescente di consumatori.

Le case automobilistiche sfruttano le novità introdotte in altri settori industriali per ottenere un vantaggio competitivo e venire incontro alle sempre maggiori richieste del mercato. I sistemi di sicurezza attiva utilizzano tecnologie derivate dall'industria aerospaziale o dalla difesa, come il radar e il LiDAR, in combinazione con l'approccio Sensor Fusion che fornisce ai veicoli una visione d'insieme dell'ambiente circostante.

La linea di demarcazione tra elettronica per l'industria automotive ed elettronica di consumo si sta assottigliando, grazie all'introduzione di sistemi di infotainment che offrono audio, video, RF, wireless e comunicazioni di bordo.

Figura 2: I veicoli moderni integrano tecnologie derivate da altri settori come l'industria aerospaziale e i dispositivi mobile, e tutto ciò aumenta la complessità dei test.

Queste tecnologie sono in continua evoluzione e perciò aggiungono un ulteriore livello di complessità allo sviluppo del settore automotive.

Per esempio, attualmente ci sono due standard concorrenti per il V2X: 802.11p (conosciuto anche come DSRC) e LTE V2X. Per essere competitive, le case automobilistiche devono poter integrare entrambi, con la conseguenza che il test di validazione deve poter essere modificato in base allo standard più aggiornato senza provocare un impatto significativo sul sistema.

Ma il numero di standard concorrenti non è l'unica preoccupazione. Molti governi stanno cercando il miglior modo per regolamentare i veicoli autonomi e la legislazione non è ancora definita. Per stare al passo con l'innovazione, è fondamentale disporre di una piattaforma di test aperta che offra interoperabilità, capacità di gestire input e output di diversa natura e sincronizzazione. In questo modo ci si può assicurare di avere test in grado di gestire le tecnologie e gli standard del futuro.

E ora?

Queste sono le tendenze alla base delle sfide che il settore automotive, compresi i fornitori, deve affrontare. La rapida evoluzione dei sistemi e dei componenti aumenta la complessità della progettazione. Allo stesso tempo, le normative in continuo aggiornamento richiedono un maggior numero di test e di risultati affidabili e accurati. I budget e le metodologie di test non riescono a stare al passo con la velocità dell'innovazione, facendo pressione sui team di test per raggiungere più rapidamente i risultati con minori risorse.

Il test deve rispondere a diversi tipi di esigenze dovute alla necessità di creare sistemi di test sempre più complessi e in grado di gestire diverse tipologie di misura e allo stesso tempo la crescita esponenziale dei dati che vengono raccolti.

E non è una problema solo per l'industria automotive. Lo stesso accade in settori simili, come ad esempio mezzi pesanti, aerospazio, macchinari industriali e ricerca.

Per affrontare queste sfide sono necessari strumenti specifici in grado di ottimizzare il workflow senza sacrificare la flessibilità.

La piattaforma aperta e basata sul software proposta da National Instruments offre la flessibilità richiesta per soddisfare i requisiti in continuo cambiamento grazie alla possibilità di scegliere gli strumenti più adatti per ogni scopo.

FlexLogger è il nuovo strumento software data-logging di NI basato su configurazione che permette di sviluppare sistemi di test accurati e flessibili per la validazione delle nuove tecnologie. Tutto senza bisogno di programmazione.

Figura 3: FlexLogger permette di raccogliere rapidamente dati in maniera accurata e documentata per ottenere informazioni significative, senza bisogno di programmazione.

I veicoli autonomi dominano le prime pagine dei giornali, ma componenti apparentemente semplici come i fanali o i sedili sono diventati dei complessi sistemi elettromeccanici dotati di centraline, sensori e attuatori in comunicazione con il resto del veicolo. È fondamentale capire il grado di interrelazione tra componenti elettrici e meccanici, con tutti i relativi sistemi di I/O e di comunicazione, per soddisfare i requisiti di sicurezza, qualità ed affidabilità.

Con FlexLogger, la configurazione dei test viene semplificata per mezzo di strumenti di sviluppo specifici per ogni sensore che acquisiscono e registrano in maniera sincronizzata diversi tipi di misura, senza bisogno di programmazione.

È possibile integrare rapidamente sensori analogici, frequenze di impulsi digitali, segnali CAN e canali calcolati, in formato di file TDMS (Technical Data Management Streaming) universale, in modo che i dati possano essere correlati e analizzati per caratterizzare con accuratezza un intero sistema.

In questo modo è possibile comprendere i dati più velocemente perché si elimina la post-elaborazione e l'analisi di risultati provenienti da fonti diverse in base a data e ora.

Poiché un maggior numero di test determina un maggior numero di dati, trovare i risultati che si cercano diventa sempre più difficile senza una precisa strategia di gestione dei dati.

Una documentazione inadeguata è la prima causa di ripetizione dei test, dove soltanto il 5% dei dati raccolti viene realmente analizzato. FlexLogger sfrutta l'esperienza in data management maturata da NI per migliorare la tracciabilità dei dati grazie all'acquisizione automatica di dati accuratamente documentati insieme a metadati descrittivi sulla configurazione del test, compresa l'acquisizione da sensore e da hardware.

Grazie a Data Management Software dal lato client e dal lato server è inoltre possibile ottimizzare l'analisi di grandi quantità di dati e creare report dettagliati.

La crescita dell'innovazione nel settore automotive è costante. NI è un partner affidabile per OEM e fornitori a livello globale e offre sistemi di test flessibili e in grado di soddisfare le esigenze presenti e future grazie a sistemi dotati di un numero elevato di I/O, sincronizzazione a livello di sistema e grazie a un esteso ecosistema di partner.

FlexLogger fa parte di un workflow integrato che punta a supportare l'intero ciclo di sviluppo per l'industria automotive allo scopo di ridurre i costi del test, accorciare i tempi per l'immissione sul mercato e ottimizzare la copertura del test.

*Anjelica Warren è Automotive Product Marketing Manager di National Instruments

Fonti:

1-EA, CO2 Emissions from Fuel Combustion Highlights 2013

2-World Health Organization, Number of road traffic deaths